În uraniul natural, ponderea uraniului-235 (un izotop care este fisionabil în reactoarele nucleare moderne) este de numai aproximativ 0,7%, restul de 99,3% este ocupat de uraniu-238, care nu este încă folosit. Acest 0,7% nu este suficient pentru a porni și opera un reactor nuclear. Prin urmare, ponderea uraniului-235 trebuie crescută artificial la 4-5%, cu alte cuvinte, uraniul trebuie să fie îmbogățit în izotopi fisionali.
Îmbogățirea se realizează, de exemplu, în centrifuge cu gaz, unde compusul gazos (hexafluorura de uraniu) este rotit cu o viteză extraordinară - 1500 de rotații pe secundă! În acest caz, izotopul mai greu (uraniu-238) este „împins” spre perete, în timp ce cel mai ușor (uraniu-235) rămâne pe axa de rotație. În acest fel, este posibilă separarea izotopilor. Dacă conectați zeci de mii de centrifuge, puteți obține o productivitate ridicată.
O centrifugă cu gaz este un echipament unic, extrem de complex, de înaltă tehnologie. Producția de centrifuge cu gaz în Rusia este gestionată de Centrul de inginerie al centrifugelor cu gaz din Rusia. În ceea ce privește calitatea, echipamentul nostru de centrifugare nu este doar inferior, ci chiar superior tuturor analogilor importați.
Întreprinderile de îmbogățire a uraniului fac parte din TVEL Fuel Company, care reunește într-un fel sau altul toate întreprinderile și organizațiile legate de producția de combustibil nuclear.
Patru întreprinderi sunt direct implicate în îmbogățirea uraniului:
- Uzina chimică de electroliză Angarsk (Angarsk, regiunea Irkutsk)
- Asociația de producție „Uzina electrochimică” (Zelenogorsk, Teritoriul Krasnoyarsk)
- Uzina electrochimică Ural (Novouralsk, regiunea Sverdlovsk)
- Uzina chimică din Siberia (Seversk, regiunea Tomsk).
Capacitatea lor de producție permite Rusiei, reprezentată de Rosatom, să ocupe 40% din piața mondială a serviciilor de îmbogățire a uraniului și intenționează să crească această cotă.
Rusia are cea mai avansată tehnologie pentru îmbogățirea uraniului - centrifuga cu gaz, pe care, în ciuda tuturor încercărilor, nicio țară din lume nu a reușit să o depășească. De exemplu, în 2007, încă două companii au fost înființate pe baza Uzinei chimice de electroliză Angarsk - Centrul internațional de îmbogățire a uraniului OJSC, precum și a întreprinderii mixte ruso-kazah CJSC Centrul de îmbogățire a uraniului (UEC). IUEC are sarcina de a stoca un stoc de uraniu slab îmbogățit (3–5%) în cantitate de 120 de tone. Această rezervă de garanție va putea fi achiziționată de o țară care din anumite motive este lipsită de posibilitatea de a cumpăra uraniu pe piața liberă pentru a produce combustibil nuclear proaspăt și pentru a asigura funcționarea neîntreruptă a industriei sale nucleare. Astfel, Centrul Internațional de Îmbogățire a Uraniului este un instrument important pentru asigurarea securității internaționale. În prezent, membrii IUEC sunt Rusia, Kazahstan, Armenia și Ucraina. Proiectul ruso-kazah „Centrul de îmbogățire a uraniului” (UEC), spre deosebire de UIEC, este de natură pur comercială - întreprinderea a fost creată pentru construirea de noi instalații de îmbogățire a uraniului, care vor fi amplasate la locul de producție al produsului chimic de electroliză Angarsk. Plantă. Ca urmare, capacitatea fabricii de la Angarsk se va dubla, iar Rusia își va consolida poziția pe piața globală a serviciilor de îmbogățire.
Etapa inițială a ciclului combustibilului nuclear (NFC) este extracția minereului și producerea de concentrat de uraniu, care include principalele etape:
extracția efectivă a minereului care conține uraniu;
îmbogățirea sa mecanică prin îndepărtarea rocii sterile;
măcinarea masei de minereu rezultată;
leșierea uraniului din acesta folosind acid sulfuric sau carbonat de sodiu;
obţinerea concentratului de uraniu prin extracţie din soluţii de uraniu (extracţie, sorbţie sau precipitare selectivă);
uscarea concentratului de uraniu și ambalajele sale sigilate (112).
Minereul de uraniu este extras în mine și cariere prin metode convenționale și prin leșiere subterană, în care se introduc soluții speciale în zăcământul subteran pentru a dizolva uraniul.
Toate întreprinderile miniere de uraniu au un impact negativ asupra mediului. Principalele surse de contaminare radioactivă în zonele miniere sunt carierele, minele, „haldele de decantare” (o zonă special desemnată pentru depozitarea „deșeurilor” - haldele de rocă după procesul tehnologic de extragere a unei componente utile din minereul de uraniu), depozitele de minereu deschise, haldele. . Poluarea este cauzată de emisiile de gaze radioactive, praf și aerosoli în atmosferă, deversarea apei de mină, scurgerile și evacuările de urgență din iazurile de decantare și sistemele hidraulice de transport, precum și din cauza utilizării rocilor de minereu ca materiale de construcție locale (112). . În Statele Unite, volumul total de „cozi” reprezintă mai mult de 95% din volumul total al tuturor deșeurilor radioactive în toate etapele producției de arme nucleare și electricitate. Deși pericolul de la un gram de steril este mic în comparație cu majoritatea altor deșeuri radioactive, volumele mari ale acestor deșeuri și lipsa măsurilor legislative adecvate până în 1980 au condus la creșteri semnificative ale poluării mediului (146).
Figura 26. Cariera de uraniu (145).
Oxidul de uraniu (U 3 O 8) este extras din minereu prin zdrobire (purificare) sub formă de „tortă galbenă” - aceasta este o pulbere galbenă sau maro care conține aproximativ 90% oxid de uraniu.
Materiile prime utilizate pentru producerea combustibilului nuclear variază în funcție de tipul de reactor nuclear pentru care este destinat combustibilul. Majoritatea reactoarelor folosesc uraniu îmbogățit, iar compusul de pornire pentru îmbogățirea acestuia este hexafluorura de uraniu. Uraniul natural conține 0,8% din izotopul 235U. Pentru a reduce dimensiunea reactorului, conținutul de 235U din combustibil este crescut preliminar la 2,0 sau 2,4%.
Producerea concentratelor chimice de uraniu natural sub formă de octoxid de uraniu (III) U 3 O 8 sau diuranat de sodiu Na 2 U 2 O 7 se realizează în procesul de producere hidrometalurgică. Alegerea tehnologiei este determinată de compoziția chimică a minereului și de specificul întreprinderii. La levigarea cu carbonat, minereul de uraniu zdrobit este tratat cu carbonat de sodiu Na 2 CO 3 pentru a produce o soluție de uraniu, din care, prin reacții chimice adecvate, uraniul este precipitat selectiv sub formă de diuranat de sodiu. După purificarea ulterioară a produsului, acesta este uscat, iar pulberea galbenă rezultată este ambalată în recipiente sigilate (112).
Un alt tip de concentrat de uraniu - octoxid de uraniu (III) U 3 O 8 după uscare este o pulbere neagră și este, de asemenea, ambalat în recipiente sigilate.
Concentratul de uraniu obținut în prima etapă a ciclului combustibilului nuclear este furnizat unei unități de procesare chimică, unde loturile de concentrat sunt mediate și purificate de impurități. Înainte de efectuarea procesului de îmbogățire cu izotopi, este necesar să se efectueze o operație de postpurificare a uraniului pentru a-l transforma în material nuclear-pur (această operație se numește rafinare). O atenție deosebită este acordată epurării uraniului din bor, cadmiu, hafniu, care sunt elemente care absorb neutroni, precum și din elementele pământurilor rare (gadoliniu, europiu și samariu). Din punct de vedere tehnologic, rafinarea constă în purificarea prin extracție a uraniului cu tributil fosfat după dizolvarea concentratului de uraniu în acid azotic (143).
Produsul final al procesului chimic este tetrafluorura de uraniu, care este trimisă pentru conversie. În prezent, hexafluorura de uraniu, pe baza totalității proprietăților sale, este compusul chimic cel mai potrivit pentru îmbogățirea izotopilor folosind tehnologii dezvoltate. Aceasta implică producerea de fluor pur, măcinarea tetrafluorurii (UF4) sau oxidului de uraniu într-o pulbere și apoi arderea acestuia într-o torță cu fluor. Apoi hexafluorura de uraniu (UF 6) este filtrată și condensată într-un sistem de capcană rece. Hexafluorura de uraniu este îmbogățită cu izotopul de uraniu-235.
Întreprinderile de îmbogățire a uraniului fac parte din TVEL Fuel Company, care reunește într-un fel sau altul toate întreprinderile și organizațiile legate de producția de combustibil nuclear (45).
Patru întreprinderi sunt direct implicate în îmbogățirea uraniului:
Uzina chimică de electroliză Angarsk (Angarsk, regiunea Irkutsk)
Asociația de producție „Uzina electrochimică”
(Zelenogorsk, regiunea Krasnoyarsk)
Uzina electrochimică Ural (Novouralsk, regiunea Sverdlovsk)
Uzina chimică din Siberia (Seversk, regiunea Tomsk).
Capacitatea lor de producție permite Rusiei, reprezentată de Rosatom, să ocupe 40% din piața mondială a serviciilor de îmbogățire a uraniului și intenționează să crească această cotă.
Rusia are cea mai avansată tehnologie pentru îmbogățirea uraniului - centrifuga cu gaz. În interiorul unei centrifuge rotative, moleculele mai grele care conțin atomi de U-238 se deplasează de preferință spre exteriorul cilindrului, în timp ce moleculele mai ușoare care conțin U-235 rămân mai aproape de axa centrală. Gazul din acest cilindru începe apoi să circule de jos în sus, împingând spre sus uraniul sărăcit, care este mai aproape de peretele exterior, iar gazul îmbogățit în U-235 din centru spre jos. Cele două fluxuri, unul îmbogățit și celălalt epuizat, pot fi apoi scoase din centrifugă și separate în „cascade” de difuzie gazoasă (144).
Pulberea de dioxid de uraniu este fabricată din hexafluorură de uraniu îmbogățită. UF 6 îmbogățit în U-235 este furnizat fabricii în containere de oțel de 2,5 tone. Din acesta se obţine UO 2 F 2 prin hidroliză, care este apoi tratată cu hidroxid de amoniu. Diuranatul de amoniu precipitat este filtrat și ars pentru a produce dioxid de uraniu UO2, care este presat și sinterizat în pelete ceramice mici. Gama de tablete (în funcție de dimensiune și îmbogățire) include mai mult de 40 de soiuri. Acestea sunt completate în loturi și verificate pentru conformitatea cu cerințele tehnice.
Tabletele sunt introduse în tuburi din aliaj de zirconiu (zircaloy) și se obțin bare de combustibil - elemente de combustibil (bare de combustibil) (Fig. 27), care sunt combinate în aproximativ 200 de bucăți în ansambluri complete de combustibil, gata de utilizare la centralele nucleare. .
Figura 27. Vedere generală a tipurilor individuale de bare de combustibil (147).
Tehnologii similare sunt utilizate pentru producerea de peleți de uraniu-erbiu pentru casetele de combustibil ale reactoarelor RBMK, precum și pentru producerea de pelete de uraniu-gadoliniu pentru ansambluri de combustibil cu reactoare de absorbție ardabile. Combustibilul uraniu-gadoliniu a făcut posibilă creșterea siguranței de funcționare a reactoarelor nucleare și creșterea ciclului combustibilului acestora (până la 4 ani pentru VVER-1000 și până la 5 ani pentru VVER-440).
Figura 28. Ansamblu combustibil (148).
Combustibilul pentru un reactor de tip VVER este un pachet de elemente de combustibil cu placaje din aliaj de zirconiu și pelete de dioxid de uraniu închise în ele. Ansamblul combustibil (FA) pentru reactoarele VVER are o secțiune transversală hexagonală (Fig. 28). Pe lângă barele de combustibil, elementele sale sunt un cap, o tijă, grile distanțiere și, în unele cazuri, un capac.
Capul este proiectat pentru cuplare în timpul încărcării și descărcării, iar tija asigură instalarea ansamblurilor de combustibil în reactor și organizează o cale de alimentare cu lichid de răcire care răcește barele de combustibil. Ansamblul de combustibil VVER-440 este format din 126 de bare de combustibil. Ansamblul combustibil pentru reactorul VVER-1000 conține 311-312 bare de combustibil. Există diverse modificări ale combustibilului pentru reactoarele de acest tip, concepute pentru cicluri de combustibil de trei, patru și cinci ani.
Una dintre modalitățile de îmbunătățire a caracteristicilor operaționale ale unui reactor VVER este trecerea la combustibil cermet, de exemplu. crearea de bare de combustibil de placare pe bază de combustibil cermet cu structură matriceală.
Combustibilul Cermet este granule de dioxid de uraniu (fracția volumică de UO2 până la 70%), situate într-o matrice metalică, de obicei realizată dintr-un aliaj pe bază de zirconiu. Un astfel de combustibil se caracterizează prin absența contactelor directe între particulele de combustibil datorită distribuției lor uniforme în matricea metalică. Acest lucru se realizează prin utilizarea particulelor de combustibil sferice, preacoperite cu material matrice, care sunt presate în miezuri (143).
Pe lângă schema de producere a combustibilului cu uraniu discutată mai sus - de la mină prin îmbogățirea minoră la elemente de combustibil - în ultimul deceniu, combustibilul pentru reactoare a fost fabricat din plutoniu foarte îmbogățit pentru arme prin diluarea acestuia.
Rusia a moștenit 25-30 de mii de focoase nucleare tactice și strategice de la URSS. În conformitate cu acordurile internaționale de reducere a armelor nucleare strategice și tactice, țara trebuie să demonteze 16-18 mii de focoase nucleare. Odată ce focoasele sunt demontate, sunt eliberate sute de tone de uraniu foarte îmbogățit (HEU) și zeci de tone de plutoniu. La începutul secolului al XXI-lea, rezervele de HEU din Rusia erau estimate la 900 de tone.
Armele nucleare sunt demontate în aceleași fabrici în care au fost create. Ca urmare a demontării, un pelet de material nuclear, așa-numita „groapă” (uraniu metal într-o carcasă de metal refractar), este îndepărtată din focos. În Tomsk-7, uraniul metalic este transformat în așchii, care sunt trimise la Uzina Electrochimică Ural. Acolo, uraniul metal foarte îmbogățit este transformat în UF 6. La unitatea de amestecare, 235 UF 6 curge prin prima conductă. Diluarea se efectuează nu cu uraniu natural-238, ci cu uraniu slab îmbogățit (UF 6 cu 1,5% îmbogățire în uraniu-235 trece prin a doua țeavă). Ca urmare, la ieșirea din a treia conductă există UF 6 îmbogățit la 4 - 5% - o îmbogățire tipică pentru combustibilul reactorului de centrale nucleare. Hexafluorura este apoi transformată în dioxid de uraniu (144) în mod obișnuit.
Pentru a dilua un kilogram de uraniu foarte îmbogățit, este nevoie de aproximativ 300 kg de uraniu natural. Dintr-un kilogram de uraniu foarte îmbogățit se obțin aproximativ 30 kg de uraniu slab îmbogățit. Pe parcursul a 6 ani, 125 de tone de uraniu rusesc puternic îmbogățit, echivalentul a aproximativ 5.000 de focoase, au fost diluate. Din 1999, au început să proceseze 30 de tone pe an. Pe parcursul a 20 de ani, se preconizează procesarea a 500 de tone de uraniu extras din armele rusești.
În prezent, din cauza epuizării rezervelor de uraniu-235 (atât minereu, cât și stocate), plutoniul-239 atrage o atenție din ce în ce mai mare ca bază a combustibilului viitorului reactor, deoarece un gram de plutoniu este echivalent cu 100 de grame de uraniu extras din combustibilul nuclear uzat. , 1500-3000 de metri cubi de gaze naturale, 2-4 tone de cărbune sau o tonă de petrol. În același timp, plutoniul este un material radioactiv periculos care poate fi folosit și pentru a crea încărcături nucleare. Prin urmare, acumularea sa nu este doar risipitoare, ci și periculoasă. Problema manipulării plutoniului face parte din procesul general de dezarmare nucleară, în timpul căruia cantități semnificative de materiale fisionabile de calitate pentru arme - uraniu și plutoniu foarte îmbogățite - sunt eliberate în Rusia și Statele Unite.
Prepararea combustibilului nuclear folosește de obicei dioxid de plutoniu, un amestec de carburi de plutoniu cu carburi de uraniu și aliaje de plutoniu cu metale. Totuși, mai des este folosit ca amestec cu uraniu natural sau cu uraniu ușor îmbogățit în 235U (așa-numitul combustibil de oxizi mixt sau combustibil MOX).
Mixed oxides (MOX) este un combustibil pentru reactor format dintr-un amestec de oxizi de uraniu și plutoniu. MOX este utilizat pentru regenerarea combustibilului uzat reprocesat (după separarea deșeurilor) în reactoare nucleare lente (regenerare termică) și ca combustibil pentru reactoarele de reproducere rapidă (144).
Plutoniul potrivit pentru utilizarea în reactoare de putere poate fi obținut prin reprocesarea combustibilului nuclear uzat sau din arme nucleare.
Cantitatea totală de plutoniu stocată în lume la începutul secolului al XXI-lea sub toate formele posibile este estimată la 1239 de tone, din care două treimi sunt în combustibil nuclear uzat de la centralele nucleare. Deja, peste 120 de mii de tone de combustibil uzat sunt în depozite, iar până în 2020 vor fi 450 de mii de tone.
Cea mai acceptabilă formă chimică de plutoniu atunci când este utilizată ca combustibil pentru reactoare de putere este dioxidul de plutoniu PuO2 amestecat cu dioxidul de uraniu natural UO2.
Combustibilul cu oxizi amestecați este utilizat în mod obișnuit în două tipuri de reactoare - reactoare cu neutroni rapidi (BN) și reactoare cu apă ușoară (LWR). De obicei, MOX cu un conținut de plutoniu de 5 până la 8% este utilizat în reactoare cu apă sub presiune și reactoare cu apă fierbinte.
Peletele MOX pot fi obținute prin amestecarea mecanică a pulberilor de uraniu și dioxid de plutoniu de pornire pentru a forma un „amestec principal” de UO2-PuO2. Conţinutul de plutoniu al amestecului este apoi ajustat pentru utilizare în reactor prin adăugarea de UO2. Această tehnologie oferă o structură omogenă a tabletelor cu densitate crescută. Pulberea este apoi comprimată și sinterizată pentru a forma granule, care sunt presate în barele de combustibil (143, 144).
Este posibilă procesarea plutoniului de calitate pentru arme folosind metode chimice „apă”, care sunt bine dezvoltate la instalațiile producătoare de plutoniu - dizolvarea plutoniului metalic în acizi (un amestec de HNO 3 + HF sau un amestec de HNO 3 + HCOOH sau HCl) urmată prin purificarea plutoniului sub formă de soluție de nitrat. Din nitrat purificat, PuO2 poate fi obținut prin precipitare cu oxalat, sau oxid mixt (U, Pu)O2 prin co-precipitarea uranatului și plutonatului de amoniu în prezența agenților tensioactivi, sau prin denitrare cu plasmă. Această tehnologie produce granule cu puțin praf. La presarea tabletelor, se folosește un liant uscat - stearat de zinc, care poate îmbunătăți semnificativ procesul tehnologic și poate îmbunătăți calitatea tabletelor. Metodele de apă se disting prin natura lor în mai multe etape și durata ciclului tehnologic, precum și prin greutatea echipamentului. Agresivitatea ridicată a soluțiilor impune restricții severe asupra materialelor structurale. Principala problemă a tehnologiei apei a fost și rămâne formarea unor cantități uriașe de deșeuri radioactive foarte toxice, cu viață lungă, în timpul procesării.
Metodele mai progresive de procesare a plutoniului metalic de calitate pentru arme în compuși adecvați pentru fabricarea componentelor combustibilului pentru reactoare rapide sunt tehnologiile „neapoase” - pirochimice și piroelectrochimice.
Metoda pirochimică – hidrogenarea plutoniului metalic urmată de oxidare la PuO 2 într-un reactor; piroeletrochimic - dizolvarea plutoniului metalic într-o clorură topită (NaCl + KCl) urmată de cristalizarea prin precipitare a PuO 2 într-un electrolizor.
Esența tehnologiei este reducerea numărului de operațiuni și a nivelului de impact asupra mediului. Acest lucru se realizează prin introducerea plutoniului metalic într-un mediu de sare topită, unde se dizolvă și se obține o compoziție finită pentru echiparea barelor de combustibil. Minimizarea impactului asupra mediului are loc în două direcții: în sarea topită, componentele acesteia interacționează cu formarea de complexe. Acest lucru reduce nivelul de formare a aerosolilor de 1000 de ori; Oxizii cristalini utilizați în producerea combustibilului MOX regenerează aerosolii de 15.000 de ori mai puțin decât pulberile produse prin proces umed. Aceasta înseamnă că barierele de protecție sunt mai ieftine și mai fiabile (156).
Cu o eficiență ridicată a producției, au efecte negative minime asupra mediului. Procesul de prelucrare pirochimică a plutoniului produce de mii de ori mai puține deșeuri radioactive în comparație cu tehnologiile pe bază de apă. În plus, tehnologiile pirochimice sunt mai transparente din punctul de vedere al monitorizării irevocabilității demontării încărcăturilor nucleare în exces și al monitorizării neproliferării armelor nucleare.
Problemele de securitate și sănătate atunci când lucrați cu MOX sunt mai semnificative decât în cazul combustibilului cu uraniu. Izotopii de plutoniu diferă semnificativ în proprietățile lor nucleare de izotopii de uraniu. Aceste diferențe au următoarele implicații pentru siguranța unui reactor MOX (156):
Criticitate crescută – riscul asociat cu criticitatea în timpul manipulării și producerii plutoniului este mult mai mare decât în cazul uraniului.
Reducerea capacității de absorbție a tijelor de control (aceste tije absorb excesul de neutroni, împiedicând trecerea la o reacție în lanț necontrolată) a reactoarelor cu apă ușoară. Acest lucru se datorează faptului că MOX absoarbe neutronii de energie scăzută (neutroni lenți) relativ bine, astfel încât energia medie a neutronilor este mai mare, iar tijele de control absorb neutronii rapidi mai puțin bine decât neutronii lenți. Din același motiv, capacitatea de absorbție a borului adăugat la lichidul de răcire al unui reactor cu apă sub presiune (și, în situații de urgență, a unui reactor cu apă clocotită) scade, din acest motiv, este inacceptabilă amplasarea ansamblurilor de combustibil MOX în imediata apropiere a tijele de control (în principiu, din această cauză este imposibil să înlocuiți mai mult de o treime din combustibilul de uraniu încărcat în reactor cu MOX. Când se utilizează MOX, reactorul termic este mai puțin stabil și este mai dificil de oprit Perioada de accelerare a reactorului este redusă la jumătate, ceea ce nu este proiectat pentru sistemele standard de control al reactorului tip VVER.
Negativitate crescută a unor coeficienți de reactivitate la niveluri scăzute de îmbogățire cu plutoniu: coeficientul de reactivitate descrie modificarea vitezei de reacție de fisiune (și, prin urmare, a puterii) ca urmare a diferitelor modificări ale situației din miez, cum ar fi apariția golurilor în lichidul de răcire , modificări ale temperaturii moderatorului (apei), temperaturii combustibilului etc.
Creșterea puterii de vârf. Datorită absorbției intense a neutronilor lenți de către plutoniu, există tendința ca puterea să fie distribuită neuniform în miez, cu un maxim la limita dintre UO 2 și MOX, și mai ales la limita dintre apă și combustibil MOX. Pentru a atenua acest efect, sunt utilizate configurații speciale ale miezului cu niveluri de îmbogățire care se schimbă treptat special selectate în cadrul ansamblului de combustibil. Acest lucru complică foarte mult producția de bare de combustibil și asamblarea acestora; Dacă se face o greșeală, există pericolul unui accident.
Reducerea proporției de neutroni întârziați. Unii neutroni sunt emiși imediat în timpul dezintegrarii nucleului (există apoi în medie pentru încă o microsecundă), iar unii sunt emiși din nucleele rezultate din fisiunea nucleară, cu o întârziere de la zecimi de secundă la zeci de secunde. Deși proporția de neutroni întârziați este mică (0,7% sau mai puțin), controlul progresului reacției în lanț prin mișcarea tijelor de control, care nu se pot mișca foarte repede, este posibil doar datorită acestor neutroni întârziați. Pentru 239Pu, fracția de neutroni întârziați este de aproximativ trei ori mai mică decât pentru 235U, ceea ce complică sarcina de control (mai ales la concentrații mari de 239Pu).
Accelerarea uzurii materialelor reactoarelor. Deoarece, așa cum sa menționat mai sus, utilizarea MOX duce la o creștere a energiei neutronilor medii, care la rândul său „accelerează procesele de distrugere prin radiație a materialelor reactoarelor de către neutroni. Ca urmare, durata de viață a pieselor reactorului este redusă, ceea ce poate, în anumite condiții, să creeze riscul unui accident.”
La utilizarea MOX, cantitatea de plutoniu din miez crește, iar consecințele radiologice sunt mai periculoase. Este suficient să menționăm că pericolul de radiații reprezentat de combustibilul proaspăt MOX este mult mai mare decât pericolul de combustibil proaspăt de uraniu. De asemenea, combustibilul uzat MOX este mult mai periculos decât combustibilul uzat cu uraniu (datorită conținutului crescut de plutoniu și alte elemente transuraniu)
Nivelurile mai ridicate de căldură și radiații neutronice duc la provocări sporite în transportul, depozitarea și utilizarea combustibilului MOX.
Tehnologiile asociate cu eliminarea finală a acestui material nu au fost dezvoltate; există doar opțiunea de imobilizare a plutoniului (amestecare cu deșeuri de mare activitate și sticlă/ceramică lichidă). Eliminarea finală a plutoniului prezintă provocări din cauza generării mai mari de căldură, radiației neutronice și criticității. Datorită conținutului crescut de plutoniu și alte elemente transuraniu, eliminarea MOX este mult mai dificilă, periculoasă și mai costisitoare decât eliminarea combustibilului uzat convențional (156).
Armele nucleare, ne place sau nu, sunt o realitate cu care omenirea a trăit încă de la jumătatea secolului trecut. Reactoarele nucleare, indiferent de cât de critici la adresa energiei nucleare ar vorbi, au o contribuție semnificativă la sistemele energetice ale diferitelor țări. În ambele cazuri se utilizează material radioactiv. Acesta este în principal uraniu, al 92-lea element al tabelului periodic.
Diverse surse de știri transmit în mod regulat de pe paginile lor că un stat sau altul a început să îmbogățească uraniul. De ce îngrijorează atât de mult comunitatea mondială, ce este înfricoșător la ea și cum se întâmplă această îmbogățire?
De ce este uraniul îmbogățit atât de înfricoșător?
Uraniul sau plutoniul de calitate pentru arme sunt periculoase în forma lor pură dintr-un motiv simplu: cu o anumită bază tehnică, pot fi folosite pentru a face un dispozitiv nuclear exploziv.
Figura prezintă o reprezentare schematică a unui focos nuclear simplu. Blankurile de combustibil nuclear 1 și 2 sunt situate în interiorul carcasei. Fiecare dintre ele alcătuiește o parte din întreaga minge și cântărește puțin mai puțin decât masa critică a metalului de calitate pentru arme folosit în bombă.
Când o sarcină detonantă TNT este detonată, lingourile de uraniu 1 și 2 sunt combinate într-unul singur, masa lor totală depășește cu încredere masa critică pentru un anumit material, ceea ce duce la o reacție nucleară în lanț și, în consecință, la o explozie atomică.
N-ar părea nimic complicat, dar în realitate acest lucru, desigur, nu este așa. Altfel, ar exista un ordin de mărime mai multe țări cu arme nucleare pe planetă. Mai mult, riscul ca astfel de tehnologii periculoase să cadă în mâinile unor grupuri teroriste suficient de puternice și dezvoltate ar crește foarte mult.
Trucul este că numai puterile foarte bogate cu o infrastructură științifică dezvoltată sunt capabile să îmbogățească uraniul, chiar și cu dezvoltarea actuală a tehnologiei. Este și mai dificil, fără de care dispozitivul atomic nu va funcționa, să se separe izotopii 235 și 238 ai uraniului.
Minele de uraniu: adevăr și ficțiune
În URSS, la nivel filistin, exista ipoteza că criminalii sortiți morții lucrau în minele de uraniu, ispășindu-și astfel vinovăția în fața partidului și a poporului sovietic. Acest lucru, desigur, nu este adevărat.
Exploatarea uraniului este o ramură de înaltă tehnologie a industriei miniere și este puțin probabil ca cineva să permită ucigașilor și tâlharilor înrădăcinați să lucreze cu echipamente complexe și foarte scumpe. Mai mult, zvonurile conform cărora minerilor de uraniu li se cere să poarte mască de gaz și lenjerie de corp cu plumb nu sunt, de asemenea, altceva decât un mit.
Uraniul este extras în mine uneori până la un kilometru adâncime. Cele mai mari rezerve ale acestui element se găsesc în Canada, Rusia, Kazahstan și Australia. În Rusia, o tonă de minereu produce în medie aproximativ un kilogram și jumătate de uraniu. Acesta nu este în niciun caz cel mai mare indicator. În unele mine europene această cifră ajunge la 22 kg pe tonă.
Fondul de radiații din mină este aproximativ același ca și la granița stratosferei, unde avioanele civile de pasageri sunt petice.
Minereu de uraniu
Îmbogățirea uraniului începe imediat după exploatare, chiar lângă mină. Pe lângă metal, ca orice alt minereu, uraniul conține roci sterile. Etapa inițială de îmbogățire se rezumă la sortarea pavajului ridicat din mină: în bogat în uraniu și sărac în uraniu. Literal, fiecare piesă este cântărită, măsurată cu mașini automate și, în funcție de proprietățile sale, trimisă într-un flux sau altul.
Moara intră apoi în joc, măcinând minereul bogat în uraniu într-o pulbere fină. Cu toate acestea, acesta nu este încă uraniu, ci doar oxidul său. Obținerea metalului pur este un lanț complex de reacții și transformări chimice.
Cu toate acestea, nu este suficient să izolați pur și simplu metalul pur de compușii chimici originali. Din tot uraniul găsit în natură, 99% este ocupat de izotopul 238, lăsând mai puțin de un procent pentru al 235-lea frate al său. Separarea lor este o sarcină dificilă, pe care nu orice țară o poate rezolva.
Metoda de îmbogățire prin difuzie gazoasă
Aceasta este prima metodă prin care a fost îmbogățit uraniul. Este încă folosit în SUA și Franța. Pe baza diferenței de densitate dintre izotopii 235 și 238. Gazul de uraniu separat de oxid este pompat sub presiune ridicată într-o cameră separată de o membrană. Atomii izotopului 235 sunt mai ușori, prin urmare, din porțiunea de căldură rezultată, se mișcă mai repede decât atomii „lenti” ai uraniului 238 și, în consecință, lovesc membrana mai des și mai intens. Conform legilor teoriei probabilităților, ei au o șansă mai mare de a cădea într-unul dintre micropori și de a ajunge pe cealaltă parte a aceleiași membrane.
Eficacitatea acestei metode este scăzută, deoarece diferența dintre izotopi este foarte, foarte nesemnificativă. Dar cum faci uraniu îmbogățit utilizabil? Răspunsul este prin utilizarea acestei metode de multe, de multe ori. Pentru a obține uraniu adecvat pentru fabricarea combustibilului pentru reactorul centralei electrice, sistemul de purificare prin difuzie a gazelor se repetă de câteva sute de ori.
Comentariile experților despre această metodă sunt mixte. Pe de o parte, metoda de separare prin difuzie a gazelor a fost prima care a furnizat Statelor Unite uraniu de înaltă calitate, făcându-l un lider în sfera militară pentru o vreme. Pe de altă parte, se crede că difuzia gazoasă produce mai puține deșeuri. Singurul lucru care ne dezamăgește în acest caz este prețul ridicat al produsului final.
Metoda centrifugei
Aceasta este dezvoltarea inginerilor sovietici. În prezent, pe lângă Rusia, există o serie de țări în care acestea îmbogățesc uraniul folosind metoda descoperită în URSS. Acestea sunt Brazilia, Marea Britanie, Germania, Japonia și alte câteva state. Metoda este similară cu tehnologia de difuzie gazoasă prin faptul că folosește diferența de masă a izotopilor 235 și 238.
Uraniul gazos este centrifugat într-o centrifugă la până la 1500 rpm. Datorită densităților diferite, forțele centrifuge de diferite mărimi acționează asupra izotopilor. Uraniul 238, fiind mai greu, se acumulează lângă pereții centrifugei, în timp ce izotopul 235 se adună mai aproape de centru. Amestecul de gaz este pompat în partea superioară a cilindrului. După ce au ajuns la fundul centrifugei, izotopii au timp să se separe parțial și sunt selectați separat.
În ciuda faptului că metoda nu oferă nici o separare de 100% a izotopilor și trebuie utilizată de mai multe ori pentru a obține gradul de îmbogățire necesar, este mult mai eficientă din punct de vedere economic decât difuzia gazului. Astfel, uraniul îmbogățit în Rusia folosind tehnologia centrifugelor este de aproximativ 3 ori mai ieftin decât cel obținut folosind membrane americane.
Utilizarea uraniului îmbogățit
De ce toată această birocrație complexă și costisitoare cu purificare, separarea metalului de oxizi, separarea izotopilor? Un disc de uraniu îmbogățit 235, din cele utilizate în energia nucleară (tije - tije de combustibil) sunt asamblate din astfel de „tablete”, cu o greutate de 7 grame, înlocuiește aproximativ trei butoaie de 200 de litri de benzină sau aproximativ o tonă de cărbune.
În funcție de puritatea și raportul dintre izotopii 235 și 238, uraniul îmbogățit și uraniul sărăcit este utilizat diferit.
Izotopul 235 este un combustibil mai consumator de energie. Uraniul este considerat îmbogățit atunci când conținutul de izotop 235 este mai mare de 20%. Aceasta este baza armelor nucleare.
De asemenea, materiile prime îmbogățite bogate în energie sunt folosite ca combustibil pentru reactoarele nucleare din submarine și nave spațiale din cauza masei și dimensiunilor limitate.
Uraniul sărăcit, care conține în principal izotopul 238, este combustibilul pentru reactoarele nucleare staționare de uz civil. Reactoarele care folosesc uraniu natural sunt considerate mai puțin explozive.
Apropo, conform calculelor economiștilor ruși, dacă se va menține rata actuală de producție a 92 de elemente ale tabelului periodic, până în 2030 rezervele sale din minele explorate din întreaga lume vor începe să se epuizeze. De aceea, oamenii de știință îl așteaptă cu nerăbdare ca o sursă de energie ieftină și accesibilă în viitor.
De unde a venit uraniul? Cel mai probabil, apare în timpul exploziilor supernovei. Cert este că pentru nucleosinteza elementelor mai grele decât fierul trebuie să existe un flux puternic de neutroni, care are loc tocmai în timpul exploziei unei supernove. S-ar părea că atunci, în timpul condensării din norul noilor sisteme stelare formate de acesta, uraniul, strâns într-un nor protoplanetar și fiind foarte greu, ar trebui să se scufunde în adâncurile planetelor. Dar asta nu este adevărat. Uraniul este un element radioactiv și atunci când se descompune, eliberează căldură. Calculele arată că dacă uraniul ar fi distribuit uniform pe toată grosimea planetei, cel puțin cu aceeași concentrație ca la suprafață, ar degaja prea multă căldură. În plus, fluxul său ar trebui să slăbească pe măsură ce uraniul este consumat. Deoarece nu s-a observat nimic de genul acesta, geologii cred că cel puțin o treime din uraniu, și poate tot, este concentrat în scoarța terestră, unde conținutul său este de 2,5∙10 –4%. De ce s-a întâmplat acest lucru nu este discutat.
Unde se extrage uraniul? Nu există atât de puțin uraniu pe Pământ - este pe locul 38 în ceea ce privește abundența. Și cea mai mare parte a acestui element se găsește în rocile sedimentare - șisturi carbonice și fosforite: până la 8∙10 –3 și, respectiv, 2,5∙10 –2%. În total, scoarța terestră conține 10 14 tone de uraniu, dar principala problemă este că este foarte dispersat și nu formează depozite puternice. Aproximativ 15 minerale de uraniu sunt de importanță industrială. Acesta este gudronul de uraniu - baza sa este oxidul de uraniu tetravalent, mica de uraniu - diverși silicați, fosfați și compuși mai complecși cu vanadiu sau titan pe bază de uraniu hexavalent.
Ce sunt razele lui Becquerel? După descoperirea razelor X de către Wolfgang Roentgen, fizicianul francez Antoine-Henri Becquerel a devenit interesat de strălucirea sărurilor de uraniu, care apare sub influența luminii solare. Voia să înțeleagă dacă există și aici raze X. Într-adevăr, au fost prezenți – sarea a luminat placa fotografică prin hârtia neagră. Într-unul dintre experimente, însă, sarea nu a fost iluminată, dar placa fotografică încă s-a întunecat. Când un obiect metalic a fost plasat între sare și placa fotografică, întunecarea dedesubt era mai mică. Prin urmare, noi raze nu au apărut din cauza excitării uraniului de către lumină și nu au trecut parțial prin metal. Au fost numite inițial „razele lui Becquerel”. Ulterior, s-a descoperit că acestea sunt în principal raze alfa cu un mic adaos de raze beta: adevărul este că izotopii principali ai uraniului emit o particulă alfa în timpul dezintegrarii, iar produsele fiice experimentează, de asemenea, degradarea beta.
Cât de radioactiv este uraniul? Uraniul nu are izotopi stabili; toți sunt radioactivi. Cel mai longeviv este uraniul-238, cu un timp de înjumătățire de 4,4 miliarde de ani. Urmează uraniul-235 - 0,7 miliarde de ani. Ambele suferă dezintegrare alfa și devin izotopii corespunzători ai toriului. Uraniul-238 reprezintă mai mult de 99% din tot uraniul natural. Datorită timpului său de înjumătățire uriaș, radioactivitatea acestui element este scăzută și, în plus, particulele alfa nu sunt capabile să pătrundă în stratul cornos de pe suprafața corpului uman. Ei spun că, după ce a lucrat cu uraniu, I.V. Kurchatov pur și simplu și-a șters mâinile cu o batistă și nu a suferit de nicio boală asociată cu radioactivitatea.
Cercetătorii au apelat în mod repetat la statisticile bolilor lucrătorilor din minele și fabricile de prelucrare a uraniului. Iată, de exemplu, un articol recent al unor specialiști canadieni și americani care au analizat datele privind sănătatea a peste 17 mii de muncitori la mina Eldorado din provincia canadiană Saskatchewan pentru anii 1950–1999 ( Cercetarea mediului, 2014, 130, 43–50, DOI:10.1016/j.envres.2014.01.002). Ei au pornit de la faptul că radiațiile au cel mai puternic efect asupra înmulțirii rapide a celulelor sanguine, ducând la tipurile corespunzătoare de cancer. Statisticile au arătat că lucrătorii minelor au o incidență mai mică a diferitelor tipuri de cancer de sânge decât populația medie canadiană. În acest caz, principala sursă de radiații nu este considerată a fi uraniul în sine, ci radonul gazos pe care îl generează și produsele săi de descompunere, care pot pătrunde în organism prin plămâni.
De ce este uraniul dăunător?? Acesta, ca și alte metale grele, este foarte toxic și poate provoca insuficiență renală și hepatică. Pe de altă parte, uraniul, fiind un element dispersat, este prezent inevitabil în apă, sol și, concentrându-se în lanțul trofic, intră în corpul uman. Este rezonabil să presupunem că, în procesul de evoluție, ființele vii au învățat să neutralizeze uraniul în concentrații naturale. Uraniul este cel mai periculos din apă, așa că OMS a stabilit o limită: inițial a fost de 15 µg/l, dar în 2011 standardul a fost crescut la 30 µg/g. De regulă, există mult mai puțin uraniu în apă: în SUA, în medie, 6,7 µg/l, în China și Franța - 2,2 µg/l. Dar există și abateri puternice. Deci, în unele zone din California este de o sută de ori mai mult decât standardul - 2,5 mg/l, iar în Finlanda de Sud ajunge la 7,8 mg/l. Cercetătorii încearcă să înțeleagă dacă standardul OMS este prea strict, studiind efectul uraniului asupra animalelor. Iată o slujbă tipică ( BioMed Research International, 2014, ID 181989; DOI:10.1155/2014/181989). Oamenii de știință francezi au hrănit șobolanii cu apă timp de nouă luni cu aditivi de uraniu sărăcit și în concentrații relativ mari - de la 0,2 la 120 mg/l. Valoarea inferioară este apa din apropierea minei, în timp ce valoarea superioară nu se găsește nicăieri - concentrația maximă de uraniu, măsurată în Finlanda, este de 20 mg/l. Spre surprinderea autorilor - articolul se numește: „Absența neașteptată a unui efect vizibil al uraniului asupra sistemelor fiziologice...” - uraniul nu a avut practic niciun efect asupra sănătății șobolanilor. Animalele au mâncat bine, s-au îngrășat corespunzător, nu s-au plâns de boală și nu au murit de cancer. Uraniul, așa cum ar trebui să fie, a fost depus în primul rând în rinichi și oase și în cantități de o sută de ori mai mici în ficat, iar acumularea sa depindea de conținutul în apă. Cu toate acestea, acest lucru nu a dus la insuficiență renală sau chiar la apariția notabilă a oricăror markeri moleculari ai inflamației. Autorii au sugerat că ar trebui să înceapă o revizuire a ghidurilor stricte ale OMS. Cu toate acestea, există o avertizare: efectul asupra creierului. În creierul șobolanilor era mai puțin uraniu decât în ficat, dar conținutul său nu depindea de cantitatea din apă. Dar uraniul a afectat funcționarea sistemului antioxidant al creierului: activitatea catalazei a crescut cu 20%, glutation peroxidază cu 68-90%, iar activitatea superoxid dismutazei a scăzut cu 50%, indiferent de doză. Aceasta înseamnă că uraniul a cauzat în mod clar stres oxidativ în creier și organismul a răspuns la acesta. Acest efect - efectul puternic al uraniului asupra creierului în absența acumulării sale în el, de altfel, precum și în organele genitale - a fost observat înainte. Mai mult, apă cu uraniu într-o concentrație de 75-150 mg/l, pe care cercetătorii de la Universitatea din Nebraska au hrănit șobolani timp de șase luni ( Neurotoxicologie și Teratologie, 2005, 27, 1, 135–144; DOI:10.1016/j.ntt.2004.09.001), au afectat comportamentul animalelor, în principal masculi, eliberate în câmp: acestea au trecut liniile, s-au ridicat pe picioarele din spate și și-au îmbrăcat blana diferit față de cele de control. Există dovezi că uraniul duce, de asemenea, la tulburări de memorie la animale. Modificările comportamentale au fost corelate cu nivelurile de oxidare a lipidelor din creier. Se pare că apa cu uraniu i-a făcut pe șobolani sănătoși, dar mai degrabă proști. Aceste date ne vor fi utile în analiza așa-numitului Sindrom Războiului din Golf.
Uraniul contaminează zonele de dezvoltare a gazelor de șist? Depinde de cât de mult uraniu este în rocile care conțin gaz și de cum este asociat cu acestea. De exemplu, profesorul asociat Tracy Bank de la Universitatea din Buffalo a studiat Marcellus Shale, care se întinde din vestul New York-ului prin Pennsylvania și Ohio până în Virginia de Vest. S-a dovedit că uraniul este legat din punct de vedere chimic tocmai de sursa de hidrocarburi (rețineți că șisturile carbonice înrudite au cel mai mare conținut de uraniu). Experimentele au arătat că soluția folosită în timpul fracturării dizolvă perfect uraniul. „Când uraniul din aceste ape ajunge la suprafață, poate provoca contaminarea zonei înconjurătoare. Acest lucru nu prezintă un risc de radiații, dar uraniul este un element otrăvitor”, notează Tracy Bank într-un comunicat de presă al universității din 25 octombrie 2010. Nu au fost încă pregătite articole detaliate despre riscul contaminării mediului cu uraniu sau toriu în timpul producției de gaze de șist.
De ce este nevoie de uraniu? Anterior, era folosit ca pigment pentru fabricarea ceramicii si sticlei colorate. Acum uraniul este baza energiei nucleare și a armelor atomice. În acest caz, se folosește proprietatea sa unică - capacitatea nucleului de a se diviza.
Ce este fisiunea nucleară? Dezintegrarea unui nucleu în două bucăți mari inegale. Din cauza acestei proprietăți, în timpul nucleosintezei din cauza iradierii cu neutroni, se formează cu mare dificultate nuclee mai grele decât uraniul. Esența fenomenului este următoarea. Dacă raportul dintre numărul de neutroni și protoni din nucleu nu este optim, acesta devine instabil. De obicei, un astfel de nucleu emite fie o particulă alfa - doi protoni și doi neutroni, fie o particulă beta - un pozitron, care este însoțită de transformarea unuia dintre neutroni într-un proton. În primul caz, se obține un element al tabelului periodic, distanțat cu două celule înapoi, în al doilea - o celulă înainte. Cu toate acestea, pe lângă emiterea de particule alfa și beta, nucleul de uraniu este capabil de fisiune - se descompune în nucleele a două elemente din mijlocul tabelului periodic, de exemplu bariu și cripton, ceea ce face, după ce a primit un nou neutron. Acest fenomen a fost descoperit la scurt timp după descoperirea radioactivității, când fizicienii au expus radiația nou descoperită la tot ce au putut. Iată cum scrie Otto Frisch, un participant la evenimente, despre aceasta („Advances in Physical Sciences”, 1968, 96, 4). După descoperirea razelor de beriliu - neutroni - Enrico Fermi a iradiat uraniu cu ele, în special, pentru a provoca degradarea beta - el spera să-l folosească pentru a obține următorul, al 93-lea element, numit acum neptuniu. El a descoperit un nou tip de radioactivitate în uraniul iradiat, pe care l-a asociat cu apariția elementelor transuraniului. În același timp, încetinirea neutronilor, pentru care sursa de beriliu a fost acoperită cu un strat de parafină, a crescut această radioactivitate indusă. Radiochimistul american Aristide von Grosse a sugerat că unul dintre aceste elemente era protactiniul, dar s-a înșelat. Dar Otto Hahn, care lucra atunci la Universitatea din Viena și considera că protactiniul descoperit în 1917 este o creație a lui, a decis că este obligat să afle ce elemente au fost obținute. Împreună cu Lise Meitner, la începutul anului 1938, Hahn a sugerat, pe baza rezultatelor experimentale, că se formează lanțuri întregi de elemente radioactive din cauza dezintegrarilor beta multiple ale nucleelor absorbante de neutroni de uraniu-238 și elementele sale fiice. Curând, Lise Meitner a fost forțată să fugă în Suedia, temându-se de posibile represalii din partea naziștilor după Anschluss-ul Austriei. Hahn, după ce și-a continuat experimentele cu Fritz Strassmann, a descoperit că printre produse se găsește și bariu, elementul numărul 56, care în niciun caz nu putea fi obținut din uraniu: toate lanțurile de descompunere alfa ale uraniului se termină cu plumb mult mai greu. Cercetătorii au fost atât de surprinși de rezultat, încât nu l-au publicat; au scris doar scrisori către prieteni, în special către Lise Meitner din Göteborg. Acolo, de Crăciunul anului 1938, nepotul ei, Otto Frisch, a vizitat-o și, plimbându-se în vecinătatea orașului de iarnă - el pe schiuri, mătușa pe jos - au discutat despre posibilitatea apariției bariului în timpul iradierii uraniului ca un rezultat al fisiunii nucleare (pentru mai multe informații despre Lise Meitner, vezi „Chimie și viață”, 2013, nr. 4). Întors la Copenhaga, Frisch l-a prins literalmente pe Niels Bohr pe pasarela unei nave care pleacă spre Statele Unite și i-a spus despre ideea fisiunii. Bohr, plesnindu-se pe frunte, spuse: „O, ce proști am fost! Ar fi trebuit să observăm asta mai devreme.” În ianuarie 1939, Frisch și Meitner au publicat un articol despre fisiunea nucleelor de uraniu sub influența neutronilor. Până în acel moment, Otto Frisch a efectuat deja un experiment de control, precum și multe grupuri americane care au primit mesajul de la Bohr. Ei spun că fizicienii au început să se împrăștie în laboratoarele lor chiar în timpul raportului său din 26 ianuarie 1939, la Washington, la conferința anuală de fizică teoretică, când au înțeles esența ideii. După descoperirea fisiunii, Hahn și Strassmann și-au revizuit experimentele și au descoperit, la fel ca și colegii lor, că radioactivitatea uraniului iradiat este asociată nu cu transuraniul, ci cu dezintegrarea elementelor radioactive formate în timpul fisiunii de la mijlocul tabelului periodic.
Cum are loc o reacție în lanț în uraniu? La scurt timp după ce a fost demonstrată experimental posibilitatea fisiunii nucleelor de uraniu și toriu (și nu există alte elemente fisile pe Pământ în cantitate semnificativă), Niels Bohr și John Wheeler, care au lucrat la Princeton, precum și, independent de ei, Fizicianul teoretician sovietic Ya. I. Frenkel și germanii Siegfried Flügge și Gottfried von Droste au creat teoria fisiunii nucleare. Din el au urmat două mecanisme. Unul este asociat cu pragul de absorbție a neutronilor rapizi. Potrivit acesteia, pentru a iniția fisiunea, un neutron trebuie să aibă o energie destul de mare, mai mare de 1 MeV pentru nucleele izotopilor principali - uraniu-238 și toriu-232. La energii mai mici, absorbția neutronilor de către uraniu-238 are un caracter rezonant. Astfel, un neutron cu o energie de 25 eV are o zonă de captare a secțiunii transversale care este de mii de ori mai mare decât în cazul altor energii. În acest caz, nu va exista fisiune: uraniul-238 va deveni uraniu-239, care cu un timp de înjumătățire de 23,54 minute se va transforma în neptuniu-239, care cu un timp de înjumătățire de 2,33 zile se va transforma în longeviv. plutoniu-239. Toriul-232 va deveni uraniu-233.
Al doilea mecanism este absorbția fără prag a unui neutron, este urmat de al treilea izotop fisionabil mai mult sau mai puțin comun - uraniu-235 (precum și plutoniu-239 și uraniu-233, care nu se găsesc în natură): prin absorbind orice neutron, chiar lent, așa-numitul termic, cu energie ca pentru moleculele care participă la mișcarea termică - 0,025 eV, un astfel de nucleu se va despărți. Și acest lucru este foarte bun: neutronii termici au o zonă de captare a secțiunii transversale de patru ori mai mare decât neutronii rapidi, megaelectronvolti. Aceasta este semnificația uraniului-235 pentru întreaga istorie ulterioară a energiei nucleare: acesta este cel care asigură multiplicarea neutronilor în uraniul natural. După ce a fost lovit de un neutron, nucleul de uraniu-235 devine instabil și se împarte rapid în două părți inegale. Pe parcurs, sunt emiși mai mulți neutroni noi (în medie 2,75). Dacă se lovesc de nucleele aceluiași uraniu, vor face ca neutronii să se înmulțească exponențial - va avea loc o reacție în lanț, care va duce la o explozie datorită eliberării rapide a unei cantități uriașe de căldură. Nici uraniul-238, nici toriu-232 nu pot funcționa așa: la urma urmei, în timpul fisiunii, neutronii sunt emiși cu o energie medie de 1–3 MeV, adică dacă există un prag de energie de 1 MeV, o parte semnificativă a cu siguranță neutronii nu vor putea provoca o reacție și nu va exista reproducere. Aceasta înseamnă că acești izotopi ar trebui uitați și neutronii vor trebui să fie încetiniți la energie termică, astfel încât să interacționeze cât mai eficient cu nucleele de uraniu-235. În același timp, absorbția lor rezonantă de către uraniul-238 nu poate fi permisă: la urma urmei, în uraniul natural acest izotop este puțin mai mic de 99,3%, iar neutronii se ciocnesc mai des cu acesta și nu cu uraniul-235 țintă. Și acționând ca moderator, este posibil să se mențină înmulțirea neutronilor la un nivel constant și să prevină o explozie - controlați reacția în lanț.
Un calcul efectuat de Ya. B. Zeldovich și Yu. B. Khariton în același an fatidic din 1939 a arătat că pentru aceasta este necesar să se folosească un moderator de neutroni sub formă de apă grea sau grafit și să se îmbogățească uraniul natural cu uraniu. 235 de cel puțin 1,83 ori. Atunci această idee li s-a părut pură fantezie: „Trebuie remarcat că aproximativ dublarea îmbogățirii acelor cantități destul de semnificative de uraniu care sunt necesare pentru a efectua o explozie în lanț,<...>este o sarcină extrem de greoaie, aproape de imposibilitatea practică.” Acum această problemă a fost rezolvată, iar industria nucleară produce în masă uraniu îmbogățit cu uraniu-235 până la 3,5% pentru centralele electrice.
Ce este fisiunea nucleară spontană?În 1940, G. N. Flerov și K. A. Petrzhak au descoperit că fisiunea uraniului poate avea loc spontan, fără nicio influență externă, deși timpul de înjumătățire este mult mai lung decât în cazul dezintegrarii alfa obișnuite. Deoarece o astfel de fisiune produce și neutroni, dacă nu li se permite să scape din zona de reacție, ei vor servi ca inițiatori ai reacției în lanț. Acest fenomen este folosit în crearea reactoarelor nucleare.
De ce este nevoie de energie nucleară? Zeldovich și Khariton au fost printre primii care au calculat efectul economic al energiei nucleare (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, 1940, 23, 4). „...În acest moment, este încă imposibil să tragem concluzii finale cu privire la posibilitatea sau imposibilitatea efectuării unei reacții de fisiune nucleară cu lanțuri ramificate infinit în uraniu. Dacă o astfel de reacție este fezabilă, atunci viteza de reacție este ajustată automat pentru a asigura progresul său fără probleme, în ciuda cantității enorme de energie de care dispune experimentatorul. Această împrejurare este extrem de favorabilă pentru utilizarea energetică a reacției. Să prezentăm așadar - deși aceasta este o împărțire a pielii unui urs neomorât - câteva numere care caracterizează posibilitățile de utilizare a energiei a uraniului. Dacă procesul de fisiune are loc cu neutroni rapizi, prin urmare, reacția captează principalul izotop al uraniului (U238), atunci<исходя из соотношения теплотворных способностей и цен на уголь и уран>costul unei calorii din izotopul principal al uraniului se dovedește a fi de aproximativ 4000 de ori mai ieftin decât al cărbunelui (cu excepția cazului în care, desigur, procesele de „combustie” și îndepărtarea căldurii se dovedesc a fi mult mai costisitoare în cazul uraniului decât în cazul cărbunelui). În cazul neutronilor lenți, costul unei calorii „uraniu” (pe baza cifrelor de mai sus) va fi, ținând cont de faptul că abundența izotopului U235 este de 0,007, deja de doar 30 de ori mai ieftină decât o calorie „cărbune”, toate celelalte lucruri fiind egale.”
Prima reacție în lanț controlată a fost efectuată în 1942 de către Enrico Fermi la Universitatea din Chicago, iar reactorul a fost controlat manual - împingând tijele de grafit înăuntru și în afară pe măsură ce fluxul de neutroni se schimba. Prima centrală electrică a fost construită la Obninsk în 1954. Pe lângă generarea de energie, primele reactoare au lucrat și pentru a produce plutoniu de calitate pentru arme.
Cum funcționează o centrală nucleară?În zilele noastre, majoritatea reactoarelor funcționează pe neutroni lenți. Uraniul îmbogățit sub formă de metal, un aliaj precum aluminiul sau un oxid este plasat în cilindri lungi numiti elemente de combustibil. Sunt instalate într-un anumit fel în reactor, iar între ele sunt introduse tije de moderare, care controlează reacția în lanț. De-a lungul timpului, otrăvurile reactoarelor se acumulează în elementul combustibil - produse de fisiune a uraniului, care sunt, de asemenea, capabile să absoarbă neutroni. Când concentrația de uraniu-235 scade sub un nivel critic, elementul este scos din funcțiune. Cu toate acestea, conține multe fragmente de fisiune cu radioactivitate puternică, care scade de-a lungul anilor, determinând elementele să emită o cantitate semnificativă de căldură pentru o perioadă lungă de timp. Ele sunt păstrate în bazine de răcire și apoi fie îngropate, fie încercate să fie prelucrate - pentru a extrage uraniu-235 nearse, plutoniu produs (a fost folosit pentru fabricarea bombelor atomice) și alți izotopi care pot fi folosiți. Partea nefolosita este trimisa la cimitire.
În așa-numitele reactoare rapide, sau reactoare de reproducere, în jurul elementelor sunt instalate reflectoare din uraniu-238 sau toriu-232. Ei încetinesc și trimit înapoi în zona de reacție neutroni care sunt prea rapizi. Neutronii încetiniți la viteze de rezonanță absorb acești izotopi, transformându-se în plutoniu-239 sau, respectiv, uraniu-233, care pot servi drept combustibil pentru o centrală nucleară. Deoarece neutronii rapidi reacționează slab cu uraniul-235, concentrația acestuia trebuie crescută semnificativ, dar acest lucru se plătește cu un flux de neutroni mai puternic. În ciuda faptului că reactoarele de reproducere sunt considerate viitorul energiei nucleare, deoarece produc mai mult combustibil nuclear decât consumă, experimentele au arătat că sunt dificil de gestionat. Acum a mai rămas un singur astfel de reactor în lume - la a patra unitate de putere a CNE Beloyarsk.
Cum este criticată energia nucleară? Dacă nu vorbim despre accidente, atunci punctul principal în argumentele oponenților energiei nucleare de astăzi este propunerea de a adăuga la calculul eficienței acesteia costurile protejării mediului după dezafectarea stației și atunci când se lucrează cu combustibil. În ambele cazuri, apar provocările eliminării fiabile a deșeurilor radioactive, iar acestea sunt costuri suportate de stat. Există o părere că, dacă le transferați la costul energiei, atunci atractivitatea sa economică va dispărea.
Există, de asemenea, opoziție între susținătorii energiei nucleare. Reprezentanții săi atrag atenția asupra unicității uraniului-235, care nu are înlocuire, deoarece izotopii alternativi fisionați de neutroni termici - plutoniu-239 și uraniu-233 - datorită timpului lor de înjumătățire de mii de ani, nu se găsesc în natură. Și sunt obținute tocmai ca urmare a fisiunii uraniului-235. Dacă se epuizează, o sursă naturală minunată de neutroni pentru o reacție nucleară în lanț va dispărea. Ca urmare a unei astfel de risipă, omenirea va pierde oportunitatea în viitor de a implica toriu-232, ale cărui rezerve sunt de câteva ori mai mari decât uraniul, în ciclul energetic.
Teoretic, acceleratorii de particule pot fi utilizați pentru a produce un flux de neutroni rapizi cu energii de megaelectronvolt. Cu toate acestea, dacă vorbim, de exemplu, despre zboruri interplanetare pe un motor nuclear, atunci implementarea unei scheme cu un accelerator voluminos va fi foarte dificilă. Epuizarea uraniului-235 pune capăt unor astfel de proiecte.
Ce este uraniul pentru arme? Acesta este uraniu-235 foarte îmbogățit. Masa sa critică - corespunde mărimii unei bucăți de substanță în care are loc spontan o reacție în lanț - este suficient de mică pentru a produce muniție. Un astfel de uraniu poate fi folosit pentru a face o bombă atomică și, de asemenea, ca fitil pentru o bombă termonucleară.
Ce dezastre sunt asociate cu utilizarea uraniului? Energia stocată în nucleele elementelor fisionabile este enormă. Dacă scăpa de sub control din cauza supravegherii sau intenționat, această energie poate provoca multe probleme. Cele mai grave două dezastre nucleare au avut loc pe 6 și 8 august 1945, când forțele aeriene americane au aruncat bombe atomice asupra Hiroshima și Nagasaki, ucigând și rănind sute de mii de civili. Dezastrele la scară mai mică sunt asociate cu accidente la centralele nucleare și la întreprinderile ciclului nuclear. Primul accident major a avut loc în 1949 în URSS la uzina Mayak de lângă Chelyabinsk, unde se producea plutoniu; Deșeurile radioactive lichide au ajuns în râul Techa. În septembrie 1957, pe el a avut loc o explozie, eliberând o cantitate mare de material radioactiv. Unsprezece zile mai târziu, reactorul britanic de producție de plutoniu de la Windscale a ars, iar norul cu produsele de explozie s-a dispersat peste Europa de Vest. În 1979, un reactor de la centrala nucleară Three Mail Island din Pennsylvania a ars. Cele mai răspândite consecințe au fost cauzate de accidentele de la centrala nucleară de la Cernobîl (1986) și la centrala nucleară de la Fukushima (2011), când milioane de oameni au fost expuși la radiații. Primele au împânzit zone vaste, eliberând 8 tone de combustibil uraniu și produse de degradare ca urmare a exploziei, care s-a răspândit în toată Europa. Al doilea a poluat și, la trei ani de la accident, continuă să polueze Oceanul Pacific în zonele de pescuit. Eliminarea consecințelor acestor accidente a fost foarte costisitoare, iar dacă aceste costuri ar fi defalcate în costul energiei electrice, aceasta ar crește semnificativ.
O problemă separată este consecințele asupra sănătății umane. Potrivit statisticilor oficiale, multe persoane care au supraviețuit bombardamentelor sau care locuiesc în zone contaminate au beneficiat de radiații - primii au o speranță de viață mai mare, cei din urmă au mai puțin cancer, iar experții atribuie o oarecare creștere a mortalității stresului social. Numărul persoanelor care au murit tocmai în urma unor accidente sau ca urmare a lichidării acestora se ridică la sute de persoane. Oponenții centralelor nucleare subliniază că accidentele au dus la câteva milioane de decese premature pe continentul european, dar sunt pur și simplu invizibile în contextul statistic.
Scoaterea terenurilor de la uz uman în zonele accidentate duce la un rezultat interesant: ele devin un fel de rezervații naturale în care crește biodiversitatea. Adevărat, unele animale suferă de boli legate de radiații. Întrebarea cât de repede se vor adapta la fundalul crescut rămâne deschisă. Există, de asemenea, o părere că consecința iradierii cronice este „selecția pentru proști” (vezi „Chimie și viață”, 2010, nr. 5): chiar și în stadiul embrionar, organisme mai primitive supraviețuiesc. În special, în ceea ce privește oamenii, acest lucru ar trebui să conducă la o scădere a abilităților mentale la generația născută în zonele contaminate la scurt timp după accident.
Ce este uraniul sărăcit? Acesta este uraniu-238, rămas după separarea uraniului-235 de acesta. Volumele de deșeuri din producția de uraniu și elemente de combustibil de calitate pentru arme sunt mari - numai în Statele Unite s-au acumulat 600 de mii de tone de astfel de hexafluorură de uraniu (pentru probleme cu aceasta, a se vedea Chemistry and Life, 2008, nr. 5). . Conținutul de uraniu-235 în el este de 0,2%. Aceste deșeuri trebuie fie depozitate până la vremuri mai bune, când vor fi create reactoare rapide cu neutroni și va fi posibilă procesarea uraniului-238 în plutoniu, fie folosite într-un fel.
I-au găsit o folosire. Uraniul, ca și alte elemente de tranziție, este folosit ca catalizator. De exemplu, autorii articolului în ACS Nano din 30 iunie 2014, ei scriu că un catalizator din uraniu sau toriu cu grafen pentru reducerea oxigenului și a peroxidului de hidrogen „are un potențial enorm de utilizare în sectorul energetic”. Deoarece uraniul are o densitate mare, servește drept balast pentru nave și contragreutăți pentru aeronave. Acest metal este potrivit și pentru protecția împotriva radiațiilor în dispozitivele medicale cu surse de radiații.
Ce arme pot fi fabricate din uraniu sărăcit? Gloanțe și miezuri pentru proiectile perforatoare. Calculul aici este următorul. Cu cât proiectilul este mai greu, cu atât energia cinetică este mai mare. Dar cu cât proiectilul este mai mare, cu atât impactul său este mai puțin concentrat. Aceasta înseamnă că sunt necesare metale grele cu densitate mare. Gloanțele sunt făcute din plumb (vânătorii din Ural foloseau la un moment dat și platină nativă, până când și-au dat seama că este un metal prețios), în timp ce miezurile obuzelor sunt din aliaj de wolfram. Ecologiștii subliniază că plumbul contaminează solul în locurile de operațiuni militare sau de vânătoare și ar fi mai bine să îl înlocuim cu ceva mai puțin dăunător, de exemplu, wolfram. Dar wolfram nu este ieftin, iar uraniul, cu o densitate similară, este un deșeu dăunător. În același timp, contaminarea permisă a solului și a apei cu uraniu este de aproximativ de două ori mai mare decât pentru plumb. Acest lucru se întâmplă deoarece radioactivitatea slabă a uraniului sărăcit (și este, de asemenea, cu 40% mai mică decât cea a uraniului natural) este neglijată și se ia în considerare un factor chimic cu adevărat periculos: uraniul, așa cum ne amintim, este otrăvitor. În același timp, densitatea sa este de 1,7 ori mai mare decât cea a plumbului, ceea ce înseamnă că dimensiunea gloanțelor de uraniu poate fi redusă la jumătate; uraniul este mult mai refractar și mai dur decât plumbul - se evaporă mai puțin atunci când este tras, iar când lovește o țintă produce mai puține microparticule. În general, un glonț de uraniu este mai puțin poluant decât un glonț de plumb, deși o astfel de utilizare a uraniului nu este cunoscută cu siguranță.
Dar se știe că plăcile din uraniu sărăcit sunt folosite pentru a întări blindajul tancurilor americane (acest lucru este facilitat de densitatea ridicată și punctul de topire) și, de asemenea, în locul aliajului de tungsten în miezurile pentru proiectilele perforatoare. Miezul de uraniu este, de asemenea, bun, deoarece uraniul este piroforic: particulele sale mici, fierbinți, formate la impact, cu armura se declanșează și dau foc la tot ce este în jur. Ambele aplicații sunt considerate sigure pentru radiații. Astfel, calculul a arătat că, chiar și după ce a stat timp de un an într-un tanc cu blindaj de uraniu încărcat cu muniție de uraniu, echipajul ar primi doar un sfert din doza admisă. Și pentru a obține doza anuală admisă, trebuie să înșurubați astfel de muniție la suprafața pielii timp de 250 de ore.
Obuze cu miez de uraniu - pentru tunuri de avioane de 30 mm sau subcalibre de artilerie - au fost folosite de americani în războaiele recente, începând cu campania din Irak din 1991. În acel an au plouat asupra unităților blindate irakiene din Kuweit și, în timpul retragerii lor, 300 de tone de uraniu sărăcit, din care 250 de tone, sau 780 de mii de cartușe, au fost trase în tunurile aeronavelor. În Bosnia și Herțegovina, în timpul bombardării armatei nerecunoscutei Republici Srpska, s-au cheltuit 2,75 de tone de uraniu, iar în timpul bombardării armatei iugoslave în regiunea Kosovo și Metohija - 8,5 tone, sau 31 de mii de runde. Întrucât OMS era până atunci preocupată de consecințele utilizării uraniului, a fost efectuată monitorizarea. El a arătat că o salvă a constat din aproximativ 300 de cartușe, dintre care 80% conțineau uraniu sărăcit. 10% au atins ținte, iar 82% au căzut la 100 de metri de ele. Restul s-au dispersat pe o rază de 1,85 km. O obuze care a lovit un tanc a ars și s-a transformat într-un aerosol; obuzul de uraniu a străpuns ținte ușoare ca niște vehicule blindate de transport de trupe. Astfel, cel mult o tonă și jumătate de obuze s-ar putea transforma în praf de uraniu în Irak. Potrivit experților de la centrul american de cercetare strategică RAND Corporation, mai mult, de la 10 la 35% din uraniul folosit, s-a transformat în aerosoli. Activistul croat pentru muniții anti-uraniu Asaf Durakovic, care a lucrat într-o varietate de organizații, de la Spitalul King Faisal din Riad la Centrul de Cercetare Medicală a Uraniumului de la Washington, estimează că numai în sudul Irakului, în 1991, s-au format 3-6 tone de particule de uraniu submicronice, care au fost împrăștiate pe o zonă largă, adică contaminarea cu uraniu acolo este comparabilă cu cea de la Cernobîl.
Conținutul articolului
INDUSTRIA URANIUULUI. Uraniul este principala sursă de energie a energiei nucleare, generând aproximativ 20% din electricitatea mondială. Industria uraniului acoperă toate etapele producției de uraniu, inclusiv explorarea, dezvoltarea și valorificarea minereului. Procesarea uraniului în combustibil pentru reactoare poate fi considerată o ramură naturală a industriei uraniului.
Resurse.
Resursele de uraniu suficient de fiabile explorate la nivel mondial, care ar putea fi izolate din minereu la un cost de cel mult 100 USD per kilogram, sunt estimate la aproximativ 3,3 miliarde kg de U 3 O 8 . Aproximativ 20% din aceasta (aproximativ 0,7 miliarde kg U 3 O 8, cm. Figura) cade pe Australia, urmată de SUA (aprox. 0,45 miliarde kg U 3 O 8). Africa de Sud și Canada au resurse semnificative pentru producția de uraniu.
Producția de uraniu.
Principalele etape ale producției de uraniu sunt extracția minereului prin exploatare subterană sau în cariere deschise, îmbogățirea (sortarea) minereului și extracția uraniului din minereu prin levigare. La mină, minereul de uraniu este extras din masa de rocă folosind o metodă de forare-explozivă, minereul zdrobit este sortat și zdrobit, apoi transferat într-o soluție acidă puternică (sulfuric) sau o soluție alcalină (carbonat de sodiu, care este cel mai de preferat). în cazul minereurilor carbonatice). O soluție care conține uraniu este separată de particulele nedizolvate, concentrată și purificată prin sorbție pe rășini schimbătoare de ioni sau extracție cu solvenți organici. Concentratul, de obicei sub formă de oxid de U 3 O 8 numit turtă galbenă, este apoi precipitat din soluție, uscat și introdus în recipiente de oțel cu o capacitate de cca. 1000 l.
Leșierea in situ este din ce în ce mai utilizată pentru extragerea uraniului din minereurile sedimentare poroase. Soluția alcalină sau acidă este condusă continuu prin puțuri forate în corpul de minereu. Această soluție, cu uraniul transferat în ea, este concentrată și purificată, iar apoi se obține din ea turtă galbenă prin precipitare.
Procesarea uraniului în combustibil nuclear.
Concentratul natural de uraniu — yellowcake — este o materie primă în ciclul combustibilului nuclear. Pentru a transforma uraniul natural în combustibil care îndeplinește cerințele unui reactor nuclear, sunt necesare încă trei etape: conversia în UF 6, îmbogățirea uraniului și producerea de elemente de combustibil (elemente de combustibil).
Conversie în UF6.
Pentru a transforma oxidul de uraniu U 3 O 8 în hexafluorură de uraniu UF 6, turta galbenă este de obicei redusă cu amoniac anhidru la UO 2, din care UF 4 este apoi obținut folosind acid fluorhidric. În ultima etapă, acționând asupra UF 4 cu fluor pur, se obține UF 6 - un produs solid care se sublimează la temperatura camerei și la presiune normală și se topește la presiune ridicată. Cei mai mari cinci producători de uraniu (Canada, Rusia, Niger, Kazahstan și Uzbekistan) pot produce împreună 65.000 de tone de UF 6 pe an.
Îmbogățirea cu uraniu.
În următoarea etapă a ciclului combustibilului nuclear, conținutul de U-235 în UF 6 crește. Uraniul natural este format din trei izotopi: U-238 (99,28%), U-235 (0,71%) și U-234 (0,01%). O reacție de fisiune într-un reactor nuclear necesită un conținut mai mare de izotop U-235. Îmbogățirea uraniului se realizează prin două metode principale de separare a izotopilor: metoda difuziei gazului și metoda centrifugării gazelor. (Energia cheltuită în îmbogățirea uraniului este măsurată în unități de lucru de separare, SWU.)
Prin metoda difuziei gazelor, hexafluorură de uraniu solidă UF 6 este transformată în stare gazoasă prin scăderea presiunii și apoi pompată prin tuburi poroase dintr-un aliaj special, prin pereții cărora gazul poate difuza. Deoarece atomii de U-235 au o masă mai mică decât atomii de U-238, ei difuzează mai ușor și mai rapid. În timpul procesului de difuzie, gazul este îmbogățit în izotopul U-235, iar gazul trecut prin tuburi este epuizat. Gazul îmbogățit este trecut din nou prin tuburi, iar procesul continuă până când conținutul de izotop U-235 din probă atinge nivelul (3-5%) necesar pentru funcționarea unui reactor nuclear. (Uraniul de calitate pentru arme necesită îmbogățire la niveluri mai mari de 90% U-235.) Doar 0,2–0,3% din izotopul U-235 rămâne în deșeurile de îmbogățire. Metoda de difuzie a gazelor se caracterizează printr-o intensitate energetică ridicată. Fabricile bazate pe această metodă sunt disponibile numai în SUA, Franța și China.
În Rusia, Marea Britanie, Germania, Țările de Jos și Japonia se folosește metoda de centrifugare, în care gazul UF 6 este rotit foarte rapid. Datorită diferenței de masă a atomilor, și deci a forțelor centrifuge care acționează asupra atomilor, gazul din apropierea axei de rotație a fluxului este îmbogățit în izotopul ușor U-235. Gazul îmbogățit este colectat și extras.
Fabricarea barelor de combustibil.
UF 6 îmbogățit ajunge la fabrică în containere de oțel de 2,5 tone. Din acesta se obţine UO 2 F 2 prin hidroliză, care este apoi tratată cu hidroxid de amoniu. Diuranatul de amoniu precipitat este filtrat și ars pentru a produce dioxid de uraniu UO2, care este presat și sinterizat în pelete ceramice mici. Tabletele sunt plasate în tuburi din aliaj de zirconiu (Zircaloy) și se obțin bare de combustibil, așa-numitele. elemente de combustibil (elemente de combustibil), care combină aproximativ 200 de bucăți în ansambluri complete de combustibil, gata de utilizare la centralele nucleare.
Combustibilul nuclear uzat este foarte radioactiv și necesită precauții speciale în timpul depozitării și eliminării. În principiu, poate fi reprocesat prin separarea produselor de fisiune de uraniul și plutoniul rămase, care pot fi reutilizate ca combustibil nuclear. Dar o astfel de procesare este costisitoare, iar facilitățile comerciale sunt disponibile doar în câteva țări, precum Franța și Marea Britanie.
Volumul producției.
La mijlocul anilor 1980, pe măsură ce speranțele de creștere rapidă a energiei nucleare au eșuat, producția de uraniu a scăzut brusc. Construcția multor reactoare noi a fost suspendată, iar rezervele de combustibil de uraniu au început să se acumuleze la întreprinderile existente. Odată cu prăbușirea Uniunii Sovietice, aprovizionarea cu uraniu în Occident a crescut și mai mult.
Se încarcă...